JP2011243807A - レジスト現像処理方法およびレジスト現像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン寸法を安定させ、かつ欠陥発生を抑制させるレジスト現像方法およびレジスト現像装置を提供する。
【解決手段】現像時における現像液の水素イオン濃度および、洗浄工程時における洗浄液の水素イオン濃度を監視ユニット７で監視することにより、ノズル６で前記基板上に供給する現像液および洗浄液の液性を調整し、液性の調整を行なった現像液および洗浄液を前記基板上に供給することにより、パターン寸法の制御と欠陥発生の抑制を行なう
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用される露光転写用のフォトマスク基板などに形成されたレジスト膜を所定パターンに露光した後、露光パターンにわたり現像するレジスト現像処理方法およびそれを実現させるためのレジスト現像処理装置に関する。

例えば、半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用される露光転写用のフォトマスクを作製するためのレジストパターニング工程において、フォトマスクブランクの表面にレジスト膜を形成するレジストコート処理と、このレジストコート後のフォトマスクブランクに対して露光処理を行った後に当該ブランクを現像する現像処理とが行われている。

この現像処理においては、フォトマスクブランク上に所定のパターンが露光されて、ポストエクスポージャーベーク（PEB）処理および必要に応じて冷却処理された後、フォトマスクブランク上に強アルカリ性の現像液を供給し、所定時間静止させて現像を進行させる現像工程と、当該現像工程後にフォトマスクブランク上に純水などの洗浄液を供給して洗浄する洗浄工程および当該洗浄工程後に基板上に残存する洗浄液を吹き飛ばして乾燥を進行させる乾燥工程とが行われる。そして、前記現像工程では、現像液によりレジスト膜の露光部などが溶解されることにより現像反応が進み、その後の洗浄工程では、純水などの洗浄液により、前記現像液を洗い流すことにより、洗浄が進む。

ところで、上述の現像工程では、回転基板上に現像液を塗布するストリームもしくはスプレー現像が広く用いられている。また、近年、微細化が進むにつれて、より微細なレジストパターンを形成するためにレジストに対する物理的なインパクトを少なくし、レジスト上によりソフトに現像液を盛るための方法としてパドル現像が用いられるようになっている。

ところが、上述のような現像工程時では、現像反応の進行を観測することが困難であるために、現像の終点を明確にすることができない。そのため、現像処理後のパターン寸法等の安定性を確保することが難しい。

これらのパターン寸法の安定性の問題については、現像工程時に基板上に光を照射しながら、現像反応を進め、その際に発生する薄膜干渉による反射光の光強度変化の観測を行うことにより、現像終点を検出する方法がその対策として知られている（特許文献１、特許文献２参照）。

また、上述したような現像工程後の洗浄工程時において、フォトマスク上に純水が供給されると、フォトマスク上の現像液が希釈化され、フォトマスク上の液体の濃度が急激に低下する。この時、フォトマスク上の液体に溶解していたレジスト成分が析出し、表面に薄膜状もしくは粒子状の異物が付着することがある。この異物が現像工程時に形成されたパターン部に付着すると、パターン欠陥の原因となる。

これらのパターン欠陥増加の問題に対しては、現像工程後のレジスト成分を含む現像液の除去を行うことや洗浄工程時に界面活性剤を添加した洗浄液を用いることでレジスト成分の析出や異物の付着を防ぐ対策を講じている（特許文献３、特許文献４参照）。

特開平5-190443号公報 特許平8-264408号公報 特許第3899854号公報 特開2007-95888号公報

しかしながら、上述したような対策では、現像終点を検出するためには、現像工程時の基板からの反射光の光強度変化を観測するためにモニターパターンを基板上に配置しなければならず、かつそれを配置する位置も光強度観測系に合わせなければならず、また、モニターパターンを配置する位置に観測系を合わせなければならない問題があった。

また、上述したような対策によれば、現像工程から洗浄工程に移行する際の該当基板上の液体の濃度を厳密に制御することができない。このため、急激な濃度変化によって液体中に析出するレジスト成分からなる薄膜状もしくは粒子状の異物の量を厳密に抑制することができない。すなわち、例えば、処理基板間で生じるようなわずかな濃度変動によって、析出異物の発生数も変動することになる。その結果、パターン欠陥の増減が起こり、品質の安定性や工程の安定性に影響を及ぼすという問題点を有していた。

さらに、上述した方法によれば、洗浄工程時に界面活性剤を含む洗浄液を用いる場合にあっては、現像処理後に膨潤して浸透性が高くなった状態のレジストパターンに界面活性剤が浸透し、その結果、パターン寸法に変動を与えるなど、パターン欠陥増大以外の品質にも影響を及ぼすといった問題点を引き起こすことがあった。

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、処理対象の基板上での処理液の特性をモニターしてその結果を液供給源にフィードバックすることにより処理液の特性を制御し、現像工程おいては、パターン寸法の安定性を確保し、現像工程後の洗浄工程においては、パターン欠陥を発生させることなく、かつパターン欠陥以外の特性にも影響を及ぼさないような品質の安定性と生産性の高さを確保するようなレジスト現像処理方法およびレジスト現像処理装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、基板上に形成されたレジスト膜を所定パターンに露光した後、レジスト膜に現像液を供給することにより、レジスト膜にレジストパターンを形成する現像工程と、この現像工程後に前記基板上に洗浄液を供給することにより、前記基板を洗浄する洗浄工程と、を有するレジスト現像処理方法において、前記現像工程時における現像液の水素イオン濃度および洗浄工程時における洗浄液の水素イオン濃度を監視することにより、前記基板上に供給する液体の液性を調整し、その液性の調整を行なった液体を前記基板上に供給することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記現像工程時および前記洗浄工程時に基板上に形成される液体の水素イオン濃度を監視し、前記水素イオン濃度の指数を制御することを特徴とする請求項1に記載のレジスト現像処理方法である。

請求項３に係る発明は、基板上に形成されたレジスト膜を所定パターンに露光した後、現像液供給部からレジスト膜に現像液を供給することにより、前記レジスト膜にレジストパターンを形成する現像処理手段と、洗浄液供給部から現像工程後の基板上に洗浄液を供給することにより、前記基板を洗浄する洗浄処理手段と、前記現像処理時および洗浄処理時に前記基板上に形成される液体の水素イオン濃度の指数を監視する監視部と、を備え、前記現像処理手段及び前記洗浄処理手段は、前記監視部と連動して供給する現像液および洗浄液の水素イオン濃度を調整し、この水素イオン濃度を調整した現像液および洗浄液を前記基板上に供給することを特徴とする現像処理装置である。

請求項４に係る発明は、前記監視部は、前記現像工程時および前記洗浄工程時に基板上に形成される液体の水素イオン濃度を監視し、前記水素イオン濃度の指数を制御することを特徴とする請求項３に記載の現像処理装置である。

本発明のレジスト現像処理方法によれば、現像工程時の基板上の液体の液性の変化から、現像反応の進行を監視することにより、現像終点をより厳密に検出することが可能となり、パターン寸法の変動を抑えることが可能となる。さらには、このような現像処理方法によれば、現像工程から洗浄工程に移行する際の基板上の液体の濃度の急激な変化を防止し、さらにはその後の洗浄工程時の液体濃度も厳密に制御することができるようになる。このため、液体中に析出するレジスト成分からなる薄膜状もしくは粒子状の異物の量を厳密に抑制することが可能となり、結果、パターン欠陥の発生を防止することが可能となる。また、析出する異物を抑制することにより、パターン部への析出異物付着防止を目的とした界面活性剤を添加した洗浄液を用いる必要がなくなる。このため、パターン線幅の変動など、パターン欠陥以外の特性への影響も防ぐことが可能となる。このようにして、製品の品質安定性と生産性の向上を図ることができる。

本発明のレジスト現像処理装置によれば、現像工程時の基板上の液体の水素イオン濃度指数を監視し、その監視値を現像液供給部に反映させて、現像液の供給量を制御することにより、現像終点を厳密に決定することができる。このことから、現像工程時に発生する終点変動によるパターン寸法の変動を抑制することが可能となり、製品の品質の安定性向上を図ることができる。また、このような構成によれば、洗浄工程時の基板上の液体の水素イオン濃度指数を逐次監視し、且つその監視値を逐次洗浄液供給部に反映させ、逐次水素イオン濃度調整を行なった洗浄液を供給することにより、基板上の液体の濃度を常に所望の値に保つことができる。このことから、現像工程から洗浄工程に移行する際の基板上の液体の濃度の急激な変化を防止し、さらにはその後の洗浄工程時の液体濃度も厳密に制御することができるため、液体中に析出するレジスト成分からなる薄膜状もしくは粒子状の異物の量を厳密に抑制することが可能となり、結果、パターン欠陥の発生の抑制を安定して実現することができる。このようにして、製品の品質の安定性と生産性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態において用いられる現像装置を概略的に示す断面図。 本発明の一実施形態において用いられる現像装置を概略的に示す平面図。 本発明の他の実施形態において用いられる現像装置を概略的に示す断面図。 本発明の他の実施形態において用いられる現像装置を概略的に示す平面図。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態の現像方法に用いられる現像装置について図１および図２を参照して説明する。図１はその現像装置の構成を概略的に示す断面図であり、図２は同じくその現像装置の平面図である。

図１および図２に示すように、この現像装置においては、被処理体としての、現像を行うべき露光済みのレジストが形成された基板１を水平に保持する基板チャック２が、現像カップ３内に設置されている。この基板チャック２の上方には、現像ノズルとリンスノズルを共用するノズル６を先端に有したアーム５が設けられている。このアーム５は図示しない操作機構によって支持され、基板1の上面と平行な面内でスキャン移動可能になっている。ノズル６には現像液を供給する現像液供給部と、純水などの洗浄液を供給する洗浄液供給部との両者が接続されていて、ノズル６から基板1上に向けて現像液および洗浄液を任意の供給割合で選択的に供給できるようになっている。また、アーム５には後述するところの、ノズル６への流量を調整する流量調整部１０が設けられている。

上記ノズル６は、図２に示すように、角型基板の対角線長さと略同一長さの幅を有しており、その略全幅にわたる底部にはスリット状若しくはそれに準じた形状の吐出部が下方の基板1に向けて設けられている。そして、ノズル６から現像液および純水（洗浄液）を任意の割合で吐出しつつ、アーム６を移動してスキャンさせて基板１に液体を塗布することができるようになっている。また、必要に応じて、ノズル側を固定もしくはスキャンしながら、モーター４により基板チャック２を回転させて基板１の全面に液体を広げることにより、液体を塗布するようにしてもよい。

一方、基板チャック２には、基板１上から流出する液体をトラップする機構と、水素イオン濃度計およびそれらを機能させるための計測器等の機構を備えた監視ユニット７が基板１の四方を囲むように設置されている。この監視ユニット７で検出された信号は、検出信号モニタリング部８に送られ、さらに装置全体の制御を行なう制御部９に送られる。そして制御部９では上記流量調整部１０に流量調整信号が送られ、フィードバックを繰り返してノズル６への流量調整が行なわれる。

次に、本実施形態による現像装置を用いて行うレジストの現像処理方法について説明する。

まず、現像を行うべき露光済みのレジストが形成された基板1を基板チャック２に保持し、この後、基板１と平行な面内でアーム５を移動して、ノズル６から現像液を吐出させつつスキャンし、基板1上の露光済みのレジストに現像反応を進行させる。この時、ノズル６をスキャンすると同時に監視ユニット７のトラップ機構で基板１上から流れて出た現像反応済の液体をトラップし、この現像反応済の液体の液性を監視する。ここでは水素イオン濃度計によりその液体の水素イオン濃度を逐次監視する。その後、この液性の監視する値が一定になるまで、１回目と同様に２回目以降のスキャンを実行し続ける。

そして任意の回数スキャンを実行した後、水素イオン濃度の監視値が一定となった時点で現像反応が終点に達したと判断し、ノズルスキャンすなわち基板上への現像液の供給を停止し、現像工程を完了する。

次に、基板１上の液体を洗い流すために、現像工程を完了してレジストパターンが形成された基板１を基板チャック２に保持したまま、基板１と平行な面内でアーム５を移動させつつ、ノズル６から洗浄液として現像液と純水とを一定の割合で吐出させる。この状態でノズル６をスキャンし、基板１の洗浄を進行させる。

この時、ノズル６をスキャンすると同時に監視ユニット７のトラップ機構で基板１上から流れて出た液体をトラップし、その液性を水素イオン濃度計により逐次監視する。その後、例えば一定の間、この監視値の値が一定になるように、ユニット７でトラップした液体の水素イオン濃度の監視値を、モニタリング部８と制御部９を介してノズル用流量調整部１０の流量調整にフィードバックし、ノズル用流量調整部１０により現像液および純水の流量調整が行なわれる。

前記監視値の値は一定に保つことに限定されるものではない。スキャン回数毎に段階的に液体濃度を厳密に変化させるように値を変化させるようにしてもよい。その際、洗浄工程が完了するまでの水素イオン濃度変化の段階数は任意に設定することが可能である。

そして任意の回数のスキャンを実行した後、水素イオン濃度の監視値が一定（ｐＨ=７）となった時点で洗浄が十分に行われたと判断し、ノズルスキャンすなわち基板上への洗浄液の供給を停止し、一連の洗浄工程を完了する。

その後、洗浄液の供給を停止し、乾燥工程を実行する。例えば、基板チャック２をモーター４によって任意の回転数で回転させることで基板１上の液体を振り切ることにより乾燥工程を完了する。このようにして、一連の現像処理が完了することになる。

以上のように、本実施形態によれば、現像工程時に基板近傍に設置したユニットによって、基板上の現像液の液性を逐次監視するようにしたので厳密に現像終点を観測できることが可能となる。これによって、現像時に形成されるパターン寸法を厳密に制御できるようになる。また、洗浄工程時に基板近傍に設置した監視ユニットによって、基板上の液体の液性を逐次監視し、かつ監視値を逐次、洗浄液供給部に反映させ、適正に濃度調整を行なった洗浄液を供給することで液体中に析出するレジスト成分からなる異物の量を厳密に抑制することが可能である。これによって、パターン欠陥の発生を防止することができるようになる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、ノズルスキャンにより現像工程および洗浄工程を進めるパドル現像を用いたが、図３及び図４に示すようなアーム１５の先端のノズル１６から現像液および洗浄液を吐出しながら、基板チャック１２を回転することにより、現像工程および洗浄工程を進めるストリーム現像において、現像カップ１３に基板上から飛び散る液体をトラップする機構と、その液体の水素イオン濃度を計測する水素イオン濃度計およびそれらを機能させるため機構を備えた監視ユニット１７を設置するようにした形態を用いるようにしてもよい。図３及び図４に示す形態では、回動形式のアーム１５を用いている。この形態では検出信号モニタリング部１８、制御部１９及び流量調整部２０については、図１及び図２に示す形態のものと基本的に同じである。

さらには、例えば、図1、図２に示したようなパドル現像と、図３及び図４に示したようなストリーム現像を組み合わせたような形態であっても上述した実施形態と同様の効果を示す形態であればそれを用いても良い。

本発明は、リソグラフィ工程における現像処理において、パターン寸法を厳密に制御すること、およびその特性に影響を与えるような欠陥を抑制することが可能であるために、半導体製造業界や電子デバイス製造業界などにおいて、広く用いることが可能である。

１…基板
２…基板チャック
３…現像カップ
４…モーター
５…アーム
６…ノズル
７…監視ユニット
８…モニタリング部
９…制御部
１０…流量制御部
１１…基板
１２…基板チャック
１３…現像カップ
１４…モーター
１５…アーム
１６…ノズル
１７…監視ユニット
１８…モニタリング部
１９…制御部
２０…流量制御部

Claims (4)

1. 基板上に形成されたレジスト膜を所定パターンに露光した後、レジスト膜に現像液を供給することによりレジスト膜にレジストパターンを形成する現像工程と、この現像工程後に前記基板上に洗浄液を供給することにより前記基板を洗浄する洗浄工程と、を有するレジスト現像処理方法において、
   前記現像工程時における現像液の水素イオン濃度および洗浄工程時における洗浄液の水素イオン濃度を監視することにより、前記基板上に供給する液体の液性を調整し、液性の調整を行なった液体を前記基板上に供給することを特徴とするレジスト現像処理方法。
2. 前記現像工程時および前記洗浄工程時に基板上に形成される液体の水素イオン濃度を監視し、前記水素イオン濃度の指数を制御することを特徴とする請求項1に記載のレジスト現像処理方法。
3. 基板上に形成されたレジスト膜を所定パターンに露光した後、現像液供給部からレジスト膜に現像液を供給することにより、前記レジスト膜にレジストパターンを形成する現像処理手段と、
   洗浄液供給部から現像工程後の基板上に洗浄液を供給することにより、前記基板を洗浄する洗浄処理手段と、
   前記現像処理時および洗浄処理時に前記基板上に形成される液体の水素イオン濃度の指数を監視する監視部と、
   を備え、
   前記現像処理手段及び前記洗浄処理手段は、前記監視部と連動して供給する現像液および洗浄液の水素イオン濃度を調整し、この水素イオン濃度を調整した現像液および洗浄液を前記基板上に供給することを特徴とする現像処理装置。
4. 前記監視部は、前記現像工程時および前記洗浄工程時に基板上に形成される液体の水素イオン濃度を監視し、前記水素イオン濃度の指数を制御することを特徴とする請求項３に記載の現像処理装置。

Images